(57)【要約】有機または無機試料の体積分析のための装置を提供する。本発明は、試料（３）が固定された支持体（４）と、試料（３）の上面（３ａ）と相互作用して当該上面（３ａ）を走査する部分を備えた自由端を有する原子間力顕微鏡レバー（１、１ａ）と、干渉結合を有する超音波を供給する独立した圧電アクチュエータ（１１）の一つまたは少なくとも二つと、上記原子間力顕微鏡レバー（１、１ａ）に関連する音響測定および分析体とを備え、上記支持体（４）が、圧電アクチュエータ（１１）が適用される全反射プリズム（２１）であり、圧電アクチュエータが、超音波の励起角を規定するために決定された上記プリズム上の位置に適用されることを特徴とする、有機または無機試料（３）の体積分析のための原子間力顕微鏡に基づく音響分析装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機または無機試料（３）の体積分析のための原子間力顕微鏡に基づく音響分析装置であって、
試料（３）を固定した支持体（４）と、
前記試料（３）の上面（３ａ）と相互作用し、前記上面（３ａ）を走査するための点（２）を備えた自由端を有する、原子間力顕微鏡の測定レバー（１、１ａ）と、
機械的支持体上に取り付けられ、多モード干渉結合を発生する超音波を供給する少なくとも２つの独立した圧電アクチュエータ（１１）と、
前記測定レバー（１、１ａ）に向かって光線を放射するレーザダイオード（５）と、前記測定レバー（１、１ａ）で反射した後に前記光線を受光する光検出器（６）とを含み、前記試料（３）の体積特性に関する結果をもたらす、前記測定レバー（１、１ａ）に関連する音響測定および分析部材と、を備え、
前記支持体（４）は全反射プリズム（２１）を備え、前記全反射プリズム（２１）は、前記試料（３）が配置される１つの面（２２）と、前記試料（３）が配置される前記面（２２）とは異なり、超音波の励起の設定角度を規定するように前記全反射プリズム（２１）上の予め設定された位置で圧電アクチュエータ（１１）が適用される少なくとも１つの反対側の面（２３）とを備えることを特徴とする音響分析装置。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータは、対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記試料（３）が配置される前記面（２２）が、前記全反射プリズム（２１）の平坦な、好ましくは水平な面であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記試料（３）が配置される前記面（２２）が前記全反射プリズム（２１）の上面であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記全反射プリズム（２１）は、前記試料（３）が配置される平坦面（２２）と、２つの対向面（１３ａ、１３ｂ）とを備える直線プリズム（１３）であり、前記圧電アクチュエータ（１１）は、固定された機械的支持体（１２ｂ）上に取り付けられ、それぞれ、ゲルまたは接着剤の層（１４）によって、前記直線プリズム（１３）の前記２つの対向面（１３ａ、１３ｂ）のうちの１つに対して適用され、固定されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記全反射プリズム（２１）は、前記試料（３）が配置される平坦面（２２）と、前記圧電アクチュエータ（１１）が適用される円筒面（Ｃ）とを備える半円筒形プリズム（１５）であり、前記機械的支持体は、前記圧電アクチュエータ（１１）が前記円筒面（Ｃ）上を移動し、したがって前記超音波の励起角度を変更することを可能にする可動支持体（１２ａ）であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記全反射プリズム（２１）は、前記試料（３）が配置される平坦面（２２）と、前記圧電アクチュエータ（１１）が適用される球面（Ｓ）とを備える半球形プリズム（１６）であり、前記機械的支持体は、前記圧電アクチュエータ（１１）が前記球面（Ｓ）上を移動し、それによって前記超音波の励起角度および／または伝播方向を変更することを可能にする可動支持体（１２ａ）であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
光源（１７）と、前記全反射プリズム（２１）を通して試料（３）の下面に光ビームを導き、次いで試料（３）内で全内部反射を導くことで、光学フィルタ（１８ａ）の前のスペクトルアナライザ（１８）に向かって反射光ビームを向けるための関連光学部材とを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記圧電アクチュエータ（１１）および固定された前記機械的支持体（１２ｂ）が、入射光ビームおよび反射光ビームの光路を規定するように前記直線プリズム（１３）上に配置された、それぞれ整列された貫通開口（１１ｃおよび１２ｃ）を有することを特徴とする、請求項８および請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
光ビームを試料（３）の上面（３ａ）に向けて熱励起を発生させるための、追加の光源（１９）および関連する光学部材を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
４つの圧電アクチュエータ（１１）を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記全反射プリズム（２１）の構成材料が固体の有機材料であることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記測定レバー（１）は、光学フィルタ（２０ａ）に結合した光学レバー（１ａ）であり、その後に追加のスペクトルアナライザ（２０）が続くことを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）または原子間力顕微鏡とも呼ばれる）の一般的な技術分野に関する。原子間力顕微鏡法は、様々な形態で知られており、本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。
【０００２】
より詳細には、本発明は、有機または無機試料の体積分析のための原子間力顕微鏡に基づく設計および操作を有する音響分析装置に関する。
【０００３】
本発明の基礎技術は、有機試料、特に生理学的環境における細胞レベルでの生物学−ヘルスケアに関連する用途に特に有望である。
【０００４】
現在、細胞内トラッキングでは、細胞または細菌に組み込まれた異なる生物を局在化するために蛍光顕微鏡検出または共焦点顕微鏡を使用している。しかし、これらの技術では、拡散により分解能が制限される。
【０００５】
したがって、本発明は、材料中の初期欠陥の非破壊分析および／または検出が必要となるあらゆる分野において特に適用され得る。
【背景技術】
【０００６】
例えば、特に米国特許第８，４４８，２６１号の開示により知られている原子間力顕微鏡装置（ＭＳ−ＡＦＭまたはＭｏｄｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙとも呼ばれる）は、一方は測定プローブの近くに適用され、他方は試料に適用される２つの超音波の使用している。しかしながら、この既知の技術は、大きな欠点がないわけではない。実際、レバー（またはプローブ）および試料の近くの超音波励起源は、この装置を使用して各オペレータに対して手動で設置されなければならず、これは、レバーの近くの超音波励起源の位置決めの高い度合いの変動をもたらし、結果として、測定結果に有意な変動をもたらす可能性がある。
【０００７】
測定レバーの近くに圧電アクチュエータを追加すると、レーザダイオードによって放射される光ビームの経路が生じ、この光ビームは、前記レバーの端部での反射後に、初期経路に対してより長く、オフセットされる。実際、レバー支持体およびレバーは、反射後に、レーザビームがフォトダイオード（光検出器）に送られるために一般にミラー（鏡）に到達するように設計される。たとえフォトダイオード上のレーザスポットの位置を調整するためにミラーに角度調整があったとしても、この調整は制限される。従って、測定レバーの近くに圧電アクチュエータを有するという事実は、測定レバーの支持体上に配置され、反射されたレーザビームの光路のミラーの底部に向かうオフセットを生む。一般的に、このオフセットは、ミラーの傾斜を制限してスポットをフォトダイオードに戻すことによって、部分的にしか補うことができない。しかしながら、多くの場合、レーザスポットのパワーの一部のみがフォトダイオードに戻される。これは、測定の信頼性に影響を及ぼす信号損失を生み、装置の調整は最適ではないものとなる。観察されるオフセットの度合いにより、このレーザスポットを正確に中心合わせすることは、しばしば困難であり、不可能でさえある。
【０００８】
さらに、液体媒体中での測定中、この現象は、光線の屈折現象によって強調される。したがって、この技術は液体媒体では使用できない。
【０００９】
さらに、これらのデバイスは、しばしば、試料の下に配置された超音波または圧電励起源を使用し、さらなるスペクトル分析が実行されることを妨げる。
【００１０】
また、例えば米国特許出願公開第２０１１／０２３１９６６号明細書から、一方が測定プローブの近くに適用され、他方が試料の近くに適用される２つの超音波を使用する原子間力顕微鏡装置（ＭＳ−ＡＦＭとも呼ばれる）が知られている。しかしながら、上述の欠点は、このような構成にも当てはまる。上記の構成において、圧電アクチュエータを試料の表面の下に接着するために、試料を支持体（例えば、ガラスまたは金属スライド）上に配置することが必須である。これにより、超音波の十分な送信を確保することができる。この操作は、加熱接着剤の使用を必要とする。これは、試料の加熱を誘導する可能性がある。このような加熱は、生物学的試料に対して有害となる可能性が高い。
【００１１】
このような接着剤の使用は、例えば冷間接着の場合でさえ、溶媒のような有害な化合物の存在により試料を変化させる危険がある。
さらに、特に不都合なことに、この装置の圧電アクチュエータは、測定レバーから切り離されていない。
【００１２】
また、特開平０８−２１８２６号公報に記載されている原子間力顕微鏡に基づく音響測定装置も知られている。
【００１３】
従来、この装置は、カンチレバーを備え、カンチレバーの端部は、試料の表面と相互作用するように意図された測定点を含み、カンチレバーの垂直振動は、レバーの点に配置されたレーザ装置または圧電素子によって分析される。
【００１４】
この公知の装置では、試料は従来の平行六面体形状の支持体の上面に置かれる。
【００１５】
分析中、レーリー型表面波が、試料の表面上に配置されたアクリル樹脂支持体上にそれぞれ取り付けられた２つのトランスデューサによって試料の表面で生成される。
【００１６】
したがって、このような表面波を発生できるようにするためには、この装置のトランスデューサを試料の表面上に配置することが不可欠である。その結果、それらは試料の支持体に対して動かすことができず、試料から離れたこの支持体の面に対して動かすことは一層難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
その結果、本発明の目的は、有機または無機試料の非破壊体積分析の実行を可能し、これをナノメートルスケールで行うことができる新しい音響分析装置を提供することによって、従来技術の欠点を改善することである。
本発明の別の目的は、既知の装置に比べて性能が改善された、試料の体積特性評価のための新しい音響分析装置を提案することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、使用および調整が特に簡単で信頼性がある、試料の体積特性評価のための新しい音響分析装置を提案することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、圧電アクチュエータが測定レバーから切り離されている、新規の、特に有利な音響分析装置を提案することである。
【００２０】
本発明に割り当てられた目的は、有機または無機試料の体積分析のための原子間力顕微鏡に基づく音響分析装置によって達成され、当該音響分析装置は、
試料が固定された支持体と、
試料の上面と相互作用し、上面を走査するように意図された点を備えた自由端を有する原子間力顕微鏡測定レバーと、
機械的支持体上に取り付けられ、多モード干渉結合を発生する超音波を供給する少なくとも２つの独立した圧電アクチュエータと、
レバーに向かって光線を放射するレーザダイオードと、レバー上で反射した後に前記光線を受け取る光検出器とを含み、試料の体積特性に関する結果をもたらす、測定レバーに関連付けられた音響測定および分析部材と、を備え、
支持体は、全反射プリズムを備え、全反射プリズムは、試料が配置される１つの面と、試料が配置される面とは異なり、超音波の設定励起角を画定するように全反射プリズム上の特定の位置で圧電アクチュエータが適用される少なくとも１つの対向する面とを備えることを特徴とする。
【００２１】
定義により、本発明における全反射プリズムは、６０°または４５°の直線プリズム、または半球形または半円筒形プリズムである。
【００２２】
励起角度は、圧電アクチュエータが取り付けられるプリズムの面と、試料が取り付けられるプリズムの面との間の角度として定義される。
【００２３】
本発明による装置の好ましい実施形態によれば、圧電アクチュエータは対称に配置される。
【００２４】
本発明による装置の一実施形態によれば、試料が配置される面は、全反射プリズムの平坦な、好ましくは水平な面である。
【００２５】
本発明による装置の一実施形態によれば、試料が配置される面は、全反射プリズムの上面である。
【００２６】
本発明による装置の１つの例示的な実施形態によれば、全反射プリズムは、試料が配置される平坦面と、２つの対向する面とを含む直線プリズムである。
【００２７】
圧電アクチュエータは、例えば、固定された機械的支持体上に取り付けられ、それぞれ、ゲルまたは接着剤の層によって、直線プリズムの２つの対向する面のうちの１つに対して適用され、固定される。
【００２８】
本発明による装置の別の例示的な実施形態によれば、全反射プリズムは、試料が配置される平坦面と、圧電アクチュエータが適用される円筒面とを備える半円筒形プリズムである。
【００２９】
機械的支持体は、例えば、可動式の機械的支持体であり、例えば、電動式であり、圧電アクチュエータが円筒面上を移動し、それにより超音波の励起角度を変更することを可能にする。
【００３０】
本発明による装置の別の例示的な実施形態によれば、全反射プリズムは、試料が配置される平坦面と、圧電アクチュエータが適用される球面とを含む半球形プリズムである。
【００３１】
機械的支持体は、例えば、可動式の機械的支持体であり、例えば、電動式であり、圧電アクチュエータが球面上を移動することを可能にし、したがって、超音波の励起角度および伝播方向を変更することを可能にする。伝播方向は、圧電アクチュエータが接着されるプリズムの面に垂直な母線によって規定されるベクトルに対応する。
【００３２】
本発明による別の例示的な実施形態によれば、デバイスは、光ビームを試料の上面に向け、それにより熱励起を生成するために、追加の光源および関連する光学部材を備える。
【００３３】
本発明による別の例示的な実施形態によれば、デバイスは、プリズムを通して光ビームを試料の下面上に導き、次いで試料内で全内部反射を導くことで、光学フィルタが先行するスペクトルアナライザに反射光ビームを向けるために、別の光源および関連する光学部材を備える。
【００３４】
本発明による装置の別の例示的実施形態によれば、圧電アクチュエータおよび固定された機械的支持体は、入射光ビームおよび反射光ビームの光路を画定するようにプリズム上に配置された、それぞれ整列された貫通開口を有する。
【００３５】
本発明による別の例示的な実施形態によれば、装置は、４つの圧電アクチュエータを含む。このような構成は、例えば、調査される対象の幾何学的形状（立方幾何学的形状、線形球形幾何学的形状等）に従って、超音波の指向性衝撃を決定することを可能にする。この構成はまた、結晶試料の場合に、超音波の伝播方向に沿って明らかにされ得る対称軸があるかどうかを決定することを可能にする。この構成はまた、４つの圧電アクチュエータの同時励起、すなわちいわゆる球面波の発生が、平面波による試料の励起と比較して、試料の他の詳細を明らかにするかどうかを決定することを可能にする。
【００３６】
本発明による装置の他の例によれば、プリズムの構成材料は固体有機材料である。本発明による装置が光励起を加えるように設計される場合、使用される波長の性質に応じて、プリズムの構成材料の性質が重要である。例えば、赤外線ＩＲ放射の場合、赤外線ＩＲを吸収しない材料をプリズムに使用しなければならない。ガラスは赤外線ＩＲ放射を吸収する材料であるので、ＺｎＳｅ材料を使用することが好ましい。
【００３７】
別の例によれば、紫外線ＵＶ放射のために石英材料を使用することが好ましい。
【００３８】
本発明による例示的な実施形態によれば、測定レバーは、光学フィルタと関連付けられた光学レバーであり、その後に追加のスペクトルアナライザが続く。
【００３９】
本発明による装置の１つの顕著な利点は、原子間力顕微鏡で必要とされるもの以外に、試料を特別に調製することなく、ナノメートル分解能で体積分析を行うことを可能にすることである。
【００４０】
本発明による装置の別の利点は、試料における調査の深さを変更し、それにより、原子間力顕微鏡の分解能及び性能を保持しながら試料の体積分析を行うことができる可能性である。
【００４１】
本発明による装置の別の利点は、この新しい構成が、公知の技術（ＭＳ−ＡＦＭまたはモード合成原子間力顕微鏡）とは反対に、液体媒体中での作動を可能にするという事実（ＭＳ−ＡＦＭ  ｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｏｒ  Ｍｏｄｅ−Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）である。
【００４２】
本発明による装置の別の利点は、使用が非常に簡単なことである。
【００４３】
本発明による装置の別の利点は、マーカーを使用せずに試料のナノメートル体積分析を行うことができることである。
【００４４】
さらに、本発明による装置のおかげで、試料をプリズムの上面に直接堆積させることができ、または試料の支持体をゲルによってプリズムの上面に固定することができる。このような操作は、試料の加熱を生じない。
【００４５】
本発明による装置は、特に、レバーの近くに圧電アクチュエータがないという事実から生じるより良好な機械的安定性によって、改善された性能を有するものである。
【００４６】
本発明による装置は、また、レーザビームを４象限光検出器上に正確に中心合わせすることができるという事実により、信号対雑音比を改善することを可能にする。したがって、音響応答に関しては、圧電アクチュエータの対称的な位置決めにより、波の「エッジ」効果がより少なくなる。例えば、同じタイプの細菌上に作成された図では、膜壁は、細菌の要素の内視図に対して壁の非常に顕著なコントラストを提供するメンバーエッジエコーを誘導する。膜壁のこのコントラストは、本発明による装置によって低減され、細菌の内部要素のより良好な可読性が得られることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照してなされる以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【図１】本発明による音響分析装置の例示的な実施形態の概略図である。
【図２】本発明による音響分析装置の別の例示的な実施形態の概略図である。
【図３】図１の音響分析装置の本発明による別の実施形態の概略図である。
【図４】本発明による音響分析装置の別の例示的な実施形態の概略図である。
【図５】図２の音響分析装置の本発明による別の実施形態の概略図である。
【図６】光学測定レバーを備える本発明による音響分析装置の別の例示的な実施形態の概略図である。
【図７】光学測定レバーを含む、本発明による音響分析装置の追加の例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下では、異なる図に示される同一の構造要素および機能要素は、同じ数字または英数字の参照番号を有する。
【００４９】
さらに、同一の構造的および機能的技術的要素については、本発明による装置のすべての実施形態について詳細には説明しない。これらの要素の機能は、本発明の範囲内で、１つの例示的な実施形態から別の例示的な実施形態に容易に置き換えることができる。
【００５０】
図１は、本発明による音響分析装置の第１の例示的な実施形態の概略図である。
【００５１】
この装置は、原子間力顕微鏡検査に関する技術的手段を含む。したがって、本発明による装置は、原子間力顕微鏡測定レバー１（従来のＡＦＭレバーとも呼ばれる）を備える。当該レバー１は、その上面３ａで試料３と相互作用するように意図された点２を有する。
【００５２】
したがって、レバー１、より具体的には上記レバー１の点２は、上面３ａに接近して走査するようになっている。この目的のために、本発明による装置は、レバー１と試料３が固定される支持体４との間の相対運動を正確に提供するために、図示されない機械的アクチュエータを備える。
【００５３】
本発明による装置の好ましい実施例によれば、レバー１は可動式である。
本発明による別の例示的な実施形態によれば、ＡＦＭシステムでは、移動されるのは試料３であるが、試料３と、試料３を支持し、圧電アクチュエータを備えるプリズムとを備えるアセンブリは、移動可能であると考えることができる。
【００５４】
本発明による装置は、測定レバー１に関連した音響測定及び分析部材をさらに含む。上記測定および分析部材は、既知の方法で、レーザダイオード５および光検出器６を備えることが好ましい。従って、レーザダイオード５はレバー１上に光線を放射し、この光線は光検出器６に向かって光線を反射する。したがって、反射光線の衝突位置の変化によって、レバー１の空間位置の変化を光検出器６上で検出することができる。光線は、好ましくはレーザビームである。
【００５５】
好ましくは、本発明による装置は、制御ユニット７と、増幅器８と、少なくとも２つの関数発生器９と、周波数ミキサ１０とを含む。これらの機能については後述する。
【００５６】
本発明による装置は、圧電アクチュエータ１１からなる少なくとも２つの超音波励起源も含む。前記アクチュエータはそれぞれ、機械的支持体１２に取り付けられている。
【００５７】
本発明による装置の支持体４は、全反射プリズム２１を備え、全反射プリズム２１は、試料３が配置される面２２と、試料３が配置され、圧電アクチュエータ１１が適用される面２２とは異なる１つまたは２つの対向する面２３とを含む。
【００５８】
試料３が配置される面２２は、全反射プリズム２１のほぼ平坦な、好ましくは水平な面である。それは、一般に、プリズムの上面を含む。
【００５９】
その性質に応じて、プリズム２１は、１つまたは２つの対向する面２３、すなわち、直線プリズム１３の場合は２つの平坦面１３ａおよび１３ｂ、半円筒形プリズム１５の場合は円筒面Ｃ、または半球形プリズム１６の場合は球面Ｓも含む。
【００６０】
図１に示す例示的な実施形態では、支持体４は、それぞれが圧電アクチュエータ１１を有する２つの対向する面１３ａおよび１３ｂを有する直線プリズム１３を含む。各圧電アクチュエータ１１は、ゲルまたは接着剤の層１４によって一方の面１３ａ、１３ｂに接着されることが有利である。追加の層１４は、例えば、実質的に水平に延在する上面２２上に試料３を固定する役割を果たす。
【００６１】
図２に示す本発明による装置の例示的な実施形態では、支持体４は半円筒形プリズム１５を含む。試料３は、半円筒形プリズム１５の平坦な上面２２に固定されている。
【００６２】
圧電アクチュエータ１１は、例えば電動式の可動機械的支持体１２ｂに取り付けられ、互いに実質的に対向して配置され、半円筒形プリズム１５の円筒面Ｃと接触する。
【００６３】
円筒状表面上での可動機械的支持体１２ｂの移動は、超音波の励起角度を変更することを可能にする。
【００６４】
図５に示す本発明による装置の例示的な実施形態では、支持体４は半球形プリズム１６を含む。球面Ｓ上での可動機械的支持体１２ｂの移動は、超音波の励起角度および／または伝播方向を修正することを有利に可能にする。
【００６５】
図５の本発明による装置は、光源１７と、プリズム１３、１５または１６を通る光ビームを試料３の下面上に導くことが知られている関連する光学部材とを備える。試料３における全内部反射の後、反射ビームは、光学フィルタ１８ａが先行するスペクトルアナライザ１８に向けられる。光源１７は、有利には、本発明による装置の補助増幅器８ａに接続される。
【００６６】
図４に示す本発明による装置の例示的な実施形態では、圧電アクチュエータ１１および関連する固定機械的支持体１２ｂは、それぞれ貫通開口１１ｃ、１２ｃを有する。上記開口は、光源１７から発する入射光ビームおよび反射光ビームの光路を画定するように整列される。
【００６７】
光源１７及びスペクトルアナライザ１８は、有利には、固定された機械的支持体１２ｂに取り付けられる。
【００６８】
図３に示す本発明による例示的な実施形態では、音響分析装置は、光ビームを試料３の上面３ａに向けるために、追加の赤外線光源１９および既知の関連する光学部材を備える。この光ビームは、試料３に熱励起を発生させる。この熱励起は、特定の分子の比吸収容量（分子の化学結合の性質に関連する特性）に依存して、特定の分子を優先的に励起する。この熱励起は、レバー１の異なる周波数振動によりレバー１により感知され、光検出器６により記録される。これらの振動は、光ビームが赤外線放射である場合、赤外線範囲の特定の吸収波長に対応する。したがって、特徴付けられる化学種の性質に応じて、化学種の地図作成および音響顕微鏡検査によって提供される体積分析を得るために、単一タイプの化学結合に特徴的な単一波長を選択することで十分である。
【００６９】
図３に示す例示的な実施形態、ならびに図４および図５に示す例示的な実施形態では、光源１９および１７は、それ自体が制御ユニット７に接続される追加の増幅器８ａに接続される。
【００７０】
制御ユニット７は、ＡＦＭからの通常の信号を管理するＡＦＭを制御するユニットである。これは、一般的に、外部信号（入出力）へのアクセスも可能にする。本発明の場合、これは、測定レバー１によって検出された音響信号の位相および振幅信号に関する外部信号を取得することを可能にする。音波からのこれらのシグナル（振幅および位相）は、測定レバー１によって検出され、プリズム１３、１５または１６の側面に配置されたＰＺＴアクチュエータの励起から来る。
【００７１】
測定レバー１によって検出されたこの情報を抽出するために、所望の音波の周波数が基準信号として注入される周波数ミキサ１０に直接接続された増幅器８によって同期検波が使用される。
【００７２】
さらに、測定レバー１によって検出された信号は、任意のＡＦＭと同様に、光検出器６に向かうレバー１上のレーザビームの反射により、光検出器６を介して記録される。
【００７３】
この信号は、顕微鏡の制御ユニット７によって「電子的に」記録される。この情報は、制御ユニット７から外部信号としてアクセス可能であり、したがって、入力信号として増幅器８に送信される（同期検波（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ））。検出は、入力信号から基準周波数の信号を抽出し、振幅および位相を与え、記録すべき外部信号として制御ユニット７に伝送される。これらの信号は、＋１０Ｖから−１０Ｖの間の電圧範囲内に入る。
【００７４】
図３、４、および５に示す本発明による例示的な実施形態では、上記装置を、光学分析システムならびにＡＦＭを有する装置に適合させることができる可能性が追加される。これらの光学分析システムは、光源による試料３の加熱を制限するために、変調された光信号（図中の光源１９または１７）の使用を必要とする場合がある。上記光信号は変調されるので、この信号は増幅器８ａによる同期検出を介して変調周波数で検出されなければならない。
【００７５】
これらの光信号の分析に関して、例えば、吸収を測定するために、（スペクトルアナライザを用いて）スペクトル分析を行うことによって、または、光子検出器またはＣＣＤカメラによって反射信号を画像化することによって、反射において行うことができる。
【００７６】
そのような光学デバイスは、顕微鏡製造業者によって開発された光学デバイスに依存して、またはユーザによって開発された光学デバイスに依存して、様々な形態を有することができ、様々な光源または様々な検出器を使用することができる。したがって、本発明による装置は、ＡＦＭ上で開発された赤外線分光機能を満たすことができる。
【００７７】
図４および図５に示す本発明による装置の実施形態では、その光学フィルタ１８ａと関連するスペクトルアナライザ１８を使用して、原子間力顕微鏡検査に加えて、蛍光の検出、表面プラズモン（ＳＰＲ）の検出、または表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）を実行することができる。スペクトルアナライザ１８は、反射によるプリズム出力の光検出に用いられる。有利には、入射光は、光信号の取得周波数をより良く識別するために、所与の周波数で使用される。
【００７８】
使用される光学デバイスは、一般に、マーカー（蛍光）の検出、または特異的相互作用（ＳＰＲ、ＳＥＲＳ）による同定、または特異的吸収のいずれかによって、化学的／生物学的種を検出または同定するのに役立つ。これらの技術は一般に、空間分解能（せいぜい１００ナノメートル）および体積分析（ｖｏｌｕｍｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ）において制限される。拡散現象は、存在を検出することを可能にするが、細胞などの体内の種の局在化を可能にしない。したがって、本発明によるデバイスは、関心のある種のより良好な局在化を可能にする。
【００７９】
図６に示す本発明による装置の実施例では、測定レバー１は光学レバー１ａに置き換えられている。上記光学レベルは、試料３からの光信号を、光学フィルタ２０ａが先行する追加のスペクトルアナライザ２０に伝送する。
【００８０】
図７に示される本発明による装置は、測定レバー１を置き換えた光学レバー１ａの存在により、図２および図５の装置と異なる。上記光学レバー１ａはまた、光学フィルタ２０ａが先行する付加的なスペクトルアナライザ２０と関連している。
【００８１】
光学レバー１ａを使用することの利点は、単一の試料３の各点において、（従来のＡＦＭレバーと同様に）タイポグラフィー信号、振幅及び位相における音響信号、並びに光源１７の結果として前記試料３から来る光信号を同時に取得することを可能にすることである。したがって、光学レバー１ａは、使用可能波長および検出可能波長の範囲を広げることを可能にする。したがって、このような光学レバー１ａを用いて、近赤外線ＩＲから可視光線までの範囲、および適用可能な場合には近紫外線ＵＶまでの範囲の波長を検出することができ、一方、例えば図３に示す例示的な実施形態は、赤外線ＩＲにおいてのみ機能する。
【００８２】
本発明による装置は、既知のＭＳ−ＡＦＭ構成で得られるものよりも良好な精度を得ることを可能にするという点で注目に値する。
【００８３】
実際、これは、その構造が電子ビームによって局所的に修飾されたポリマーの較正された試料で得られた結果の比較によって確認される。特に、本発明による装置は、試料の密度の体積変化地図作成を確立することを可能にし、それは正確かつ信頼性をもってそのようにする、試料の密度の体積変化地図作成（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｃｈａｎｇｅ  ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ）を確立することを可能にする。
【００８４】
明らかに、本発明は、上述され、様々な図に示される好ましい実施形態に限定されず、当業者は、添付の特許請求の範囲の制限内で、多数の修正を行い、他の実施形態を想像することができる。したがって、記載された技術的特徴は、特許請求の範囲によって定義される本発明の枠組みまたは範囲を逸脱することなく、同等の技術的特徴によって置き換えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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